Ovation DCS控制系統在火電廠自動配煤中的應用

祝學志 陳旭光

摘要：火力發電廠輸煤系統末端設置多個原煤倉為磨煤機供給燃料，是鍋爐燃燒唯一的燃料來源，操作員根據原煤倉的料位情況操作犁煤器抬起或落下對原煤倉上煤，以保證料位處于安全范圍?，F根據艾默生Ovation集散控制系統（Distributed

Control System，DCS）的特點，結合輸煤系統的實際情況，提出一種基于Ovation DCS控制系統的原煤倉自動配煤控制策略。該方法可根據皮帶輸送機輸送的煤種，結合原煤倉料位，實時控制不同煤種進入規定的原煤倉，從燃料系統設備控制層實現自動配煤，為原煤倉預混摻燒提供技術支撐。

關鍵詞：Ovation DCS控制系統；輸煤系統；配煤摻燒；自動配煤

中圖分類號：TM621.2? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2023）17-0013-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.17.004

0? ? 引言

目前，國內新建大型火力發電廠均采用“主輔一體化”的設計理念，越來越多的輔助車間采用集散控制系統（DCS）進行控制[1-2]?；鹆Πl電廠的輔助車間應用DCS取代可編程邏輯控制器（PLC），簡化了備品備件庫，為日常維護帶來了極大的便利。

隨著電煤價格不斷攀升以及國家節能減排要求不斷提高[3-4]，配煤摻燒已經成為火力發電廠提高經營效益、改善機組環保性能的重要手段[5-6]。爐前預混摻燒分為煤場預混、皮帶預混和原煤倉預混[7]，本文提出的自動配煤控制策略主要針對原煤倉預混摻燒方式進行討論。

火力發電廠輸煤系統工況非常復雜，主要表現為工作線路長、輔助設備多、工作區域粉塵多、就地巡檢員和操作員多等[8]。輸煤皮帶機將煤場、翻車機或卸船機等煤源逐級輸送至原煤倉，每個原煤倉落煤管上方安裝有犁煤器，當原煤倉料位低時操作員操作犁煤器落下對其上煤。該作業方式在電廠中應用非常普遍，作業方式原始，浪費人力資源，而且作業環境惡劣。

本文應用艾默生Ovation DCS系統實現了一種適用于火力發電廠輸煤系統原煤倉的自動配煤方案，該方案根據就地設備的實際情況，結合艾默生Ovation DCS系統的特點，達到了縮減操作員、提高自動化水平的目的，實現了原煤倉自動配煤，為原煤倉預混摻燒提供了就地設備自動控制的技術支持。

1? ? 自動配煤控制方案

國內火力發電廠輸煤程控系統應用DCS系統實現原煤倉自動配煤的案例比較罕見[9]。艾默生Ovation

DCS系統不僅能夠完成通用的數據采集、模擬量控制、順序控制，更能以高精度、高速度、高可靠性完成FSSS、DEH、ETS等高要求控制，而且支持FF、Profibus DP、Device Net、Modbus等多種總線通信協議[10]?；谝陨蟽瀯?，越來越多的Ovation DCS系統被應用于輸煤程控系統。本著節約人力成本，提高自動化水平，為原煤倉預混摻燒提供控制方案的目的，本文將原煤倉自動配煤納入輸煤系統邏輯設計的重點內容。

1.1? ? 自動配煤控制原則

根據某電廠輸煤系統的特點和就地設備實際情況，將原煤倉自動配煤的控制原則和控制要求總結為以下幾點：

（1）原煤倉料位測量儀表為連續型料位計，為了提高系統的靈活性，將原煤倉料位狀態分為低料位、高料位和高高料位三種情況。操作員可根據實際情況在上位機監控畫面設置低料位、高料位和高高料位的觸發值，如圖1所示。

（2）根據原煤倉實際運行情況設置是否有檢修倉或備用倉，檢修倉或備用倉對應的犁煤器不允許落下。

（3）當輸煤皮帶機尾部落煤管上方無犁煤器時無須設置尾倉；當輸煤皮帶機尾部落煤管上方有犁煤器時需要設置尾倉，尾倉對應的犁煤器不允許抬起。

（4）當犁煤器抬到位或落到位反饋信號發生故障時，自動配煤流程立即報警并自動返回。

（5）當下一級犁煤器落到位后，上一級犁煤器才允許抬起。

1.2? ? 自動配煤控制方式

將自動配煤控制方式分為優先配煤、順序配煤和余煤配煤三種模式。某電廠#7爐和#8爐各有6個原煤倉，按照輸煤皮帶機的運行方向依次命名為F倉至A倉。

（1）優先配煤。系統實時監測有無低料位的原煤倉，優先對低料位的原煤倉上煤，直至低料位信號消失并延時一定時間結束。如果存在多個原煤倉處于低料位狀態，則按照輸煤皮帶機運行方向，即F倉至A倉的順序上煤直至尾倉。無論是在順序配煤還是在余煤配煤過程中出現低料位信號，系統立即中斷當前流程，優先跳轉至低料位原煤倉上煤，上煤完成后繼續順序配煤或余煤配煤流程。

（2）順序配煤。在所有原煤倉無低料位信號或所有低料位原煤倉補倉完成的情況下，自動配煤按照輸煤皮帶機運行方向從前向后依次上煤，即按照F倉至A倉的順序依次上煤，直至高料位信號出現。順序配煤過程中出現低料位信號，則中斷當前流程，優先跳轉至該原煤倉上煤，補倉完成后自動返回順序配煤流程中斷處繼續。

（3）余煤配煤。切斷煤源之前各級輸煤皮帶機上仍然有余煤需要輸送至原煤倉。當順序配煤完成后監控畫面顯示“切斷煤源”指示，系統開始余煤配煤。與順序配煤相同，余煤配煤也按照F倉至A倉的順序依次對各原煤倉進行上煤，至高高料位為止。余煤配煤旨在消除皮帶余煤，并不要求將每個原煤倉都上煤至高高料位。

根據設計的自動配煤控制原則和控制方式可以得到如圖2所示的自動配煤流程示意圖，該示意圖展示了啟動時各倉均無低料位，且在順序配煤過程中出現D倉和B倉低料位時各犁煤器的動作狀態和動作順序。

2? ? 自動配煤控制邏輯設計

控制流程圖是DCS邏輯設計的指導原則。根據自動配煤控制原則和控制方式，在編寫DCS控制邏輯之前設計自動配煤控制流程圖，如圖3所示。在自動配煤模式下，點擊“自動配煤啟動”后，系統根據各原煤倉實際料位情況進行自動配煤。余煤配煤結束后，操作員按照操作要求將輸煤系統“程?！辈⒆詣优涿呵兄镣Ｖ埂?/p>

根據犁煤器的設備特點和控制要求編寫了用于犁煤器控制的宏，犁煤器控制宏封裝完成后如圖4所示。采用控制宏的方式大大縮減了DCS邏輯編寫的工作量，且方便檢修和維護。

該宏結合了就地設備動作特點和信號類型，并充分考慮到了犁煤器容易出現的抬落故障以及對其進行的安全保護。由于設備動作的相似性，犁煤器控制宏也可用于分流擋板、頭部伸縮裝置等輸煤系統設備的控制中。自動配煤過程的控制時序圖如圖5所示，其中，L表示低料位信號，H表示高料位信號，HH表示高高料位信號，上升沿表示信號觸發。犁煤器上升沿表示犁煤器落下開始上煤，下降沿表示犁煤器抬起，相應的煤倉不上煤。

由圖5可以看出，當D倉和B倉低料位信號L出現上升沿時，自動配煤流程立即中斷正在執行的F倉上煤，轉向D倉，待D倉犁煤器落下后F倉的犁煤器才抬起；當D倉和B倉的低料位信號消失后，自動配煤流程重新返回F倉進行順序配煤；F倉至A倉順序配煤完成后，各倉均出現高料位信號H，自動配煤流程開始余煤配煤，F倉至A倉依次出現高高料位信號HH。根據輸煤皮帶機輸送的煤種實時設置低料位、高料位和高高料位的觸發值即可控制不同的煤種進入相應的原煤倉，達到預混的目的。

3? ? 結束語

原煤倉自動配煤的實現為燃料系統實現原煤倉預混摻燒提供了技術支持，其能夠根據皮帶輸送機上的煤種，結合原煤倉料位實時控制不同煤種進入規定的原煤倉。本文根據艾默生Ovation DCS系統的特點實現了一種基于DCS系統的無須人工干預的自動配煤控制方法，并根據犁煤器的設備特點設計了一種普遍適用于犁煤器控制的邏輯宏。原煤倉自動配煤的控制方式和控制效果在項目現場得到了驗證，其將配煤方式分為優先配煤、順序配煤和余煤配煤，滿足現場的生產需求，達到了改善操作員工作環境和降低人力成本的目的，實現了爐外預混摻燒。原煤倉自動配煤為原煤倉預混摻燒解決了系統設備控制層面的技術問題，同時為實現配煤摻燒全過程自動化奠定了基礎。

[參考文獻]

[1] 王剛建，陳晨，耿建風，等.1種新型全廠DCS主輔控一體化網絡[J].熱力發電，2012，41（9）：50-52.

[2] 高玉玲，王剛建，郭獻軍.火力發電廠主-輔控一體化DCS網絡與應用[J].化工自動化及儀表，2014，41（7）：839-841.

[3] 韓華鋒，馬玉娟，黃一志，等.1 000 MW級火電機組智慧電廠建設研究[J].中國電力，2018，51（10）：49-55.

[4] 蒙毅，趙越，李仁義，等.基于燃料全過程的在線配煤摻燒系統[J].熱力發電，2019，48（6）：128-133.

[5] 黃海東，劉福國，國欽光，等.配煤摻燒最小煤質偏差模型及煤場存放優化[J].熱能動力工程，2020，35（5）：97-104.

[6] 楊忠燦，姚偉.電廠鍋爐變煤種摻燒問題研究[J].中國電力，2010，43（11）：42-45.

[7] 趙小聰，顧衛東，金耀良.火電廠自動配煤系統的設計及優化[J].電站輔機，2007，28（2）：35-38.

[8] 張春輝.基于原煤倉分倉的快速配煤摻燒系統設計與應用[J].電力科技與環保，2020，36（6）：54-57.

[9] 詹昌義.基于PLC的火電廠輸煤控制系統研究與設計[D].合肥：合肥工業大學，2020.

[10] 李愛國，王海，王旭輝.基于PLC的自動配煤系統數字化通信[J].煤炭工程，2013（2）：123-125.

收稿日期：2023-06-02

作者簡介：祝學志（1985—），男，湖北武漢人，工程師，研究方向：火電廠調試和熱工自動化。